9月24日凌晨，《科學(xué)》雜志刊發(fā)了中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（以下簡稱中科院天津工業(yè)生物所）在淀粉人工合成方面取得的重大突破性進(jìn)展。該研究在國際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。
淀粉是糧食最主要的成分，同時(shí)也是重要的工業(yè)原料。中科院副院長、中科院院士周琪表示，當(dāng)今世界正面臨全球氣候變化、糧食安全、能源資源短缺、生態(tài)環(huán)境污染等一系列重大挑戰(zhàn)，科技創(chuàng)新已成為重塑世界格局、創(chuàng)造人類美好未來的關(guān)鍵因素。二氧化碳轉(zhuǎn)化利用與糧食淀粉工業(yè)合成，正是應(yīng)對挑戰(zhàn)的重大科技問題之一。
論文通訊作者、中科院天津工業(yè)生物所所長、研究員馬延和介紹，中科院天津工業(yè)生物所從頭設(shè)計(jì)了11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與淀粉合成新途徑，在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究團(tuán)隊(duì)采用了一種類似“搭積木”的方式，聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所，利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一化合物，然后通過設(shè)計(jì)構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進(jìn)一步合成直鏈和支鏈淀粉。這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向設(shè)計(jì)自然、超越自然目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學(xué)基礎(chǔ)。
論文第一作者、中科院天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜介紹，如果未來該系統(tǒng)過程成本能夠降低到與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟(jì)可行性，將會(huì)節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對環(huán)境的負(fù)面影響，提高人類糧食安全水平，促進(jìn)碳中和的生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)形成可持續(xù)的生物基社會(huì)。
國內(nèi)外領(lǐng)域?qū)＜以u價(jià)認(rèn)為該成果是“典型的0到1原創(chuàng)性突破”，是“擴(kuò)展并提升人工光合作用能力前沿研究領(lǐng)域的重大突破，是一項(xiàng)具有‘頂天立地’重大意義的科研成果”，“不僅對未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、特別是糧食生產(chǎn)具有革命性的影響，而且對全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義”，“將在下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來變革性影響”。
該研究工作獲得了中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動(dòng)等項(xiàng)目前瞻性的資助和支持，是國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心的重點(diǎn)研究方向。
論文第一作者、中科院天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜向記者展示實(shí)驗(yàn)室里人工合成的淀粉（倪思潔攝）
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DOI：10.1126/science.abh4049
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